Hochreiner Graphit und sein Herstellungsprozess

Hochreiner Graphit mit einem Kohlenstoffgehalt von >99,99 %. Hochreiner Graphit hat die Vorteile der Hochtemperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Thermoschockbeständigkeit, geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, Selbstschmierung, geringem spezifischen Widerstand und einfacher Bearbeitung usw. Er wird in großem Umfang in der Metallurgie, im Maschinenbau, im Umweltschutz, in der Medizin, im Militär, in der Luft- und Raumfahrt und in anderen Bereichen eingesetzt und spielt eine sehr wichtige Rolle in der Volkswirtschaft, insbesondere in der solaren Photovoltaikindustrie. Die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate der globalen solaren Photovoltaikindustrie beträgt 40 %, und China hat einen Anteil von 70 % an der Welt, als weltweit größter Produzent von Solar-Photovoltaik. Diese Industrie verbrauchte im Jahr 2011 bis zu 23.000 Tonnen oder mehr hochwertiges Graphitmaterial, und es wird erwartet, dass die Nachfrage der Photovoltaikindustrie nach monokristallinem Silizium und Polysilizium nach hochreinen Graphitmaterialien in Zukunft eine jährliche Wachstumsrate von 20 % bis 25 % aufweisen wird. Gegenwärtig befindet sich Chinas Graphitindustrie immer noch auf dem niedrigen Weltniveau, die Produkte sind hauptsächlich Rohstoffe und Primärverarbeitungsprodukte, hohe Verunreinigungen in dem Produkt schränken es auf weniger Anwendungen ein. Daher hat einerseits der niedrige Preis von Chinas Graphit zu einem großen Exportvolumen geführt; andererseits benötigt der heimische Markt hochreine, ultrafeine Graphitprodukte, die hauptsächlich aus dem Ausland importiert werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Durchführung von Forschung zur Herstellungstechnologie von hochreinem Graphit und die Verbesserung der Produktqualität für Chinas hochreine Graphitindustrie sehr wichtig sind.

1 Herstellungsprozess für hochreinen Graphit:

Der Herstellungsprozess von hochreinem Graphit und der Herstellungsprozess von Graphitelektroden sind unterschiedlich. Hochreiner Graphit benötigt isotrope Rohstoffe, die Rohstoffe müssen zu einem feineren Pulver gemahlen werden, die isostatische Presstechnologie muss verwendet werden, der Brennzyklus ist lang, um die gewünschte Dichte zu erreichen, sind mehrere Imprägnierungs- und Brennzyklen erforderlich, und der Graphitierungszyklus ist ebenfalls viel länger als bei gewöhnlichem Graphit

1.1 Rohstoffe

Die Rohstoffe für die Herstellung von hochreinem Graphit, einschließlich Zuschlagstoffe, Bindemittel und Imprägniermaterial. Zuschlagstoffe werden in der Regel aus Nadel-Erdölkoks und Pechkoks hergestellt. Dies liegt daran, dass der nadelförmige Erdölkoks einen geringen Aschegehalt (im Allgemeinen weniger als 1 %) aufweist, bei hohen Temperaturen leicht graphitisiert werden kann, eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit aufweist, einen kleinen linearen Ausdehnungskoeffizienten usw. aufweist; Mit Pechkoks, selbst wenn Graphit bei der gleichen Graphitierungstemperatur erhalten wird, hat er einen höheren spezifischen Widerstand und eine höhere mechanische Festigkeit, so dass bei der allgemeinen Herstellung von graphitierten Produkten neben Erdölkoks auch ein bestimmter Prozentsatz an Pechkoks enthalten ist, um die mechanische Festigkeit des Produkts zu verbessern. Als Bindemittel wird in der Regel Steinkohlenteer verwendet, der ein Produkt des Steinkohlenteerdestillationsprozesses ist, bei Raumtemperatur ein schwarzer Feststoff ohne festen Schmelzpunkt. Je nach den unterschiedlichen Gerätebedingungen und technologischen Anforderungen jedes Unternehmens liegt der Erweichungspunkt von Steinkohlenteerpech zwischen 50 °C und 250 °C. Im Allgemeinen wird hochreines oder Hochtemperatur-Steinkohlenteerpech für die Herstellung von hochreinen Graphitprodukten ausgewählt. Das Imprägniermittel ist im Wesentlichen dasselbe wie das Bindemittel. Es ist erforderlich, die Schüttdichte, Undurchlässigkeit, Schmierfähigkeit, Festigkeit und andere besondere Eigenschaften des Produkts zu erhöhen. Es ist erforderlich, das Imprägniermaterial nach dem Brennen, Graphitieren oder Bearbeiten hinzuzufügen.

1.2 Kalzinierung / Reinigung

Ausgewählte Zuschlagstoffe enthalten aufgrund ihrer Verkokungstemperatur oder ihres Kohlenstoffalters in gewissem Maße Wasser, Verunreinigungen oder flüchtige Stoffe in der inneren Struktur. Wenn wir diese Stoffe nicht vorab ausschließen und sie direkt zur Herstellung von Graphitmaterial verwenden, wirkt sich dies auf die Produktqualität und -leistung aus, daher sollten wir den Kalzinierungs- oder Reinigungsprozess für den ausgewählten Zuschlagstoff durchführen. Kalzinierung ist eine Wärmebehandlung für eine Vielzahl von festen Kohlenstoffrohstoffen unter Hochtemperaturbedingungen in isolierter Luft. In der Niedrigtemperatur-Trocknungsphase werden hauptsächlich Feuchtigkeit ausgeschlossen; in der flüchtigen Phase der Austrittsphase wird hauptsächlich die Zersetzung aromatischer Verbindungen in Rohstoffen abgeschlossen und die Kondensation bestimmter Verbindungen abgeschlossen. Die Reinigung dient hauptsächlich der Entfernung einiger Verunreinigungen. Gegenwärtig sind die Verfahren zur Reinigung von Graphit im In- und Ausland hauptsächlich Flotation, Alkali-Säure, Flusssäure, Chlorierungsröstung, Hochtemperatur usw.

1.3 Mahlen

Für die Graphitproduktion von festen Materialien, obwohl die Kalzinierung oder Reinigung der Blockgröße reduziert wurde, ist die Partikelgröße immer noch relativ groß und flüchtig, ungleichmäßige Zusammensetzung, die Notwendigkeit, die Zuschlagstoffgrößenanforderungen für die Inhaltsstoffe zu zerkleinern. Die Partikelgröße von hochreinem Graphit beträgt in der Regel 20 µm. Gegenwärtig wird eine Vertikalwalzenmühle zum Mahlen des Pulvers mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 10 bis 20 µm verwendet.

1.4 Pelletieren

Das gemahlene Pulver, das dispergierbar und ungleichmäßig ist. Es muss mit dem Steinkohlenteerpech-Bindemittel in einem bestimmten Verhältnis gemischt und dann in die Heizknetmaschine gegeben werden, um es zu mischen und zu kneten, damit das Material gleichmäßig verteilt wird und das Bindemittel gleichmäßig und dünn auf der Oberfläche des Pulverpartikels umhüllt und in die Oberfläche des Pulverpartikels eindringt und infiltriert.

1.5 Formen

Gegenwärtig gibt es viele Kohlenstoffformverfahren, die Hauptverfahren sind Extrusionsformen, Formen, Vibrationsformen, isostatisches Pressen. Bei der Herstellung von hochreinem Graphit wird das Verfahren des isostatischen Pressens verwendet, es gibt kaltes isostatisches Pressen und heißes isostatisches Pressen. Beim isostatischen Formen wird das Material in die Weichform gelegt, verdichtet, nach dem Vakuum abgedichtet, in den isostatischen Presszylinder gegeben, die Flüssigkeit außerhalb der Form wirkt von allen Seiten mit gleichem Druck auf die Form ein und wird in ein zylindrisches oder rechteckiges Produkt gepresst. Das erhaltene Produkt hat eine isotrope Struktur und Leistung, was der größte Vorteil von isostatischen Graphitprodukten ist.

1.6 Brennen

Nach dem Kalzinieren von Kohlenstoffprodukten geht es in den Brennprozess, d. h. die Rohstoffblöcke in einer isolierten Umgebung, nach der Wärmebehandlung (ca. 1000 °C), so dass das Bindemittel zu Bindemittelkoks verkohlt wird. Dies ist ein langsamer Prozess, der gesamte Prozess ist in mehrere Phasen unterteilt, jede Phase einer Reihe von physikalischen und chemischen Reaktionen, einschließlich der Oberfläche des Kohlenstoffzuschlagstoffs, um eine bestimmte Dicke des Bindemittelfilms zu erzeugen, Bindemittelflüssigkeitsmigration, Asphaltdampf Kapillarkondensation, Vergasung und Oberflächendiffusion.

1.7 Imprägnierung

Der Zweck der Imprägnierung ist es, das Imprägniermittel, wie z. B. geschmolzenen Asphalt, in die winzigen Poren, die während des Kalzinierungsprozesses in dem Produkt gebildet werden, und in die offenen Poren, die in den Zuschlagstoffkoks-Partikeln vorhanden sind, zu imprägnieren, um die Schüttdichte, die elektrische Leitfähigkeit, die mechanische Festigkeit, die chemische Korrosion usw. zu verbessern. Die Imprägnierung erfolgt im Allgemeinen durch Druckimprägnierung, das Produkt muss zuerst vorgewärmt und dann in dem Imprägniertank entgast werden, dann wird der gute Steinkohlenteerpech-Imprägnierungstank hinzugefügt, der Druck, um das Imprägniermittel Asphalt in das Innere zu bringen

1.8 Graphitierung

Graphitierung bezieht sich auf den Hochtemperatur-Wärmebehandlungsprozess, um thermodynamisch instabilen nicht-graphitischen Kohlenstoff durch thermische Aktivierung in Graphit umzuwandeln. Kohlenstoffgebackene Waren durch 2000 ~ 2800 °C Hochtemperatur-Graphitierung, die Kohlenstoffprodukt chaotische Schichtstruktur von Kohlenstoffatomen Gitter, in eine dreidimensionale geordnete Schichtstruktur, während Verunreinigungen entfernt werden. Graphitierungsverfahren sind Acheson-Verfahren, interne Wärme-Serien-Verfahren, Mittelfrequenz-Induktionsverfahren.